가솔린 엔진 구조와 원리

가솔린 엔진 구조와 원리

 4행정 사이클 가솔린 엔진의 일반적인 구조

자동차용 4행정 사이클 엔진은 동력을 발생시키는 엔진 주요부와 이것을 돕는 윤활장치, 냉각장치, 연료장치 및 점화장치 등으로 구성되어 있다.

1-1 엔진 주요부

엔진은 앞에서 말한바와 같이 엔진 주요부와 부수장치로 구분된다. 엔진 주요부는 동력을 발생시키는 부분으로 실린더, 실린더 헤드, 크랭크 케이스, 피스톤 커넥팅로드 어셈블리, 크랭크축, 플라이 휠, 엔진 베어링, 밸브 및 밸브기구 등으로 구성되어 있다.



엔진의 각 실린더 안에는 피스톤과 커넥팅 로드가 연결된 피스톤 커넥팅 로드 어셈블리가 들어 있고 커넥팅 로드의 다른 한쪽 끝은 크랭크 축에 연결되어 있어 피스톤이 왕복 운동을 하면 크랭크축은 회전 운동을 한다.





실린더의 윗쪽에는 실린더 헤드가 설치되어 있으며 이 실린더 헤드의 안쪽은 연소실의 일부가 되고 이 부분에 흡기 밸브와 배기 밸브가 설치되어 있다. 밸브는 캠축에 의해 구동되며 흡기 구멍과 배기 구멍을 개폐하여 실린더 안으로 혼합기를 흡입하고 연소가스를 배출하게 된다.
엔진 베어리은 크랭크축 및 캠축 등 기구의 섭동면이나 회전부분에 설치되어 엔진이 작동할 때 마찰을 감소시켜 원활한 회전 및 작동이 되도록 한다.
밸브는 연소실에 마련된 흡기와 배기 구멍을 각각 개폐하여 공기 또는 공기와 연료의 혼합기를 들여보내고 연소된 가스를 내보내는 일을 한다. 자동차용 엔진에는 일반적으로 포핏 밸브가 사용되며 밸브기구에 의해 작동 된다.
밸브기구는 밸브를 비롯하여 캠축, 밸브리프터, 푸시로드, 로커암 어셈블리 등으로 구성되며 밸브기구에는 오버헤드 밸브기구 및 오버헤드 캠축형식 밸브기구 , L-헤드 밸브기구 등의 형식이 있다.

1-2 윤활장치

윤활장치는 엔진 내부의 각 작동부에 오일을 공급하여 마찰 손실과 부품의 마멸을 최소로 만들어 기계 효율을 높여주는 일을 한다. 즉, 운전 중 엔진 출력의 일부가 마찰열로 소비되며 또 이 마찰열이 베어링 소결(열에의해 타 붙음)등을 일으키기도 한다. 이것을 막기 위하여 작동면 사이에 유막을 만들어 마찰력이 큰 고체 마찰을 마찰력이 아주 작은 유체 마찰로 바꾸는 역할을 하는 것으로 이 작용을 윤활이라 하고 여기에 사용되는 오일을 윤활유, 유막을 유지하는 오일 공급장치를 윤활장치라 한다.
윤활방식으로는 비산압력 조합식이 주로 사용되며 비 방식에서는 크랭크축, 캠축, 밸브 기구 등은 압력식에 의해 윤활되고 실린더 벽, 피스톤 핀 등은 비산식에 의해 윤활된다.
또 윤활장치에는 오일 펌프, 오일 펌프 스트레이너, 유압 조정기, 오일 여과기, 유면 표시기, 유압계 등으로 되어 있다.




1-3 냉각장치

냉각장치는 작동 중에 발생되는 열에 의해 과열되는 엔진을 냉각하여 엔진의 온도를 알맞게 유지하는 장치를 말한다. 즉, 엔진이 작동 중에 실린더 내에서 연소되는 가스의 온도는 약 2000~2500°C에 이르며 이 열은 실린더 벽, 실린더 헤드, 피스톤 및 밸브 등의 각 부품에 열이 전달된다. 냉각장치는 이들 부품이 과열되지 않도록 과잉의 열을 흡수하여 엔진의 온도가 항상 일정하게 유지되도록 하는 역할을 하는 장치이다.
엔진이 과열되면 각 부품이 열에 의해 형상이 바뀌거나(변형이 발생되거나) 또 윤활이 불충분하게 이루어져 심할 때에는 엔진이 손상되어 사용하지 못하게 된다. 또 연소 상태에도 영향을 주어 노킹이나 조기 점화 등에 의해 엔진이 정상적으로 작동되지 못하게 된다.
반대로 엔진이 너무 차가우면 연료의 소비가 증가하고 가솔린에 의해 오일이 변질되어 베어링 등의 접촉부의 마멸을 촉진시키게 된다.
엔진의 냉각방식에는 공기로 냉각시키는 공랭식과 냉각수를 사용하여 엔진의 내부를 냉각하는 수냉식이 있다.

공랭식엔진




수냉식 엔진의 구조

엔진의 내부 부품은 냉각장치에 의해 냉각되나 열을 다른곳으로 분출하거나 대기 중의 공기에 의해서도 상당량의 열이 방출된다.
일반적으로 공랭식은 실린더 수가 적은 소형엔진(오토바이 등)이나 중장비 엔진 등의 대형엔진에도 일부 적용하여 사용하고 있다.
수냉식 엔진은 물재킷(물통로), 물펌프, 냉각핀, 수온 조절기, 라디에이터 등으로 구성되어 있다.